$\alpha = \frac{2}{3+\sqrt{5}}$ と $\beta = \frac{2}{3-\sqrt{5}}$ が与えられたとき、以下の値を求める問題です。 (1) $\alpha^2 + \beta^2$ (2) $\frac{\beta}{\alpha-1} + \frac{\alpha}{\beta-1}$ (3) $\sqrt{\alpha} + \sqrt{\beta}$

代数学式の計算無理数の計算平方根
2025/5/15

1. 問題の内容

α=23+5\alpha = \frac{2}{3+\sqrt{5}}β=235\beta = \frac{2}{3-\sqrt{5}} が与えられたとき、以下の値を求める問題です。
(1) α2+β2\alpha^2 + \beta^2
(2) βα1+αβ1\frac{\beta}{\alpha-1} + \frac{\alpha}{\beta-1}
(3) α+β\sqrt{\alpha} + \sqrt{\beta}

2. 解き方の手順

まず、α\alphaβ\beta を簡単にします。
α=23+5=2(35)(3+5)(35)=2(35)95=2(35)4=352\alpha = \frac{2}{3+\sqrt{5}} = \frac{2(3-\sqrt{5})}{(3+\sqrt{5})(3-\sqrt{5})} = \frac{2(3-\sqrt{5})}{9-5} = \frac{2(3-\sqrt{5})}{4} = \frac{3-\sqrt{5}}{2}
β=235=2(3+5)(35)(3+5)=2(3+5)95=2(3+5)4=3+52\beta = \frac{2}{3-\sqrt{5}} = \frac{2(3+\sqrt{5})}{(3-\sqrt{5})(3+\sqrt{5})} = \frac{2(3+\sqrt{5})}{9-5} = \frac{2(3+\sqrt{5})}{4} = \frac{3+\sqrt{5}}{2}
(1) α2+β2\alpha^2 + \beta^2 を求めます。
α2=(352)2=965+54=14654=7352\alpha^2 = (\frac{3-\sqrt{5}}{2})^2 = \frac{9 - 6\sqrt{5} + 5}{4} = \frac{14 - 6\sqrt{5}}{4} = \frac{7 - 3\sqrt{5}}{2}
β2=(3+52)2=9+65+54=14+654=7+352\beta^2 = (\frac{3+\sqrt{5}}{2})^2 = \frac{9 + 6\sqrt{5} + 5}{4} = \frac{14 + 6\sqrt{5}}{4} = \frac{7 + 3\sqrt{5}}{2}
α2+β2=7352+7+352=735+7+352=142=7\alpha^2 + \beta^2 = \frac{7 - 3\sqrt{5}}{2} + \frac{7 + 3\sqrt{5}}{2} = \frac{7 - 3\sqrt{5} + 7 + 3\sqrt{5}}{2} = \frac{14}{2} = 7
(2) βα1+αβ1\frac{\beta}{\alpha-1} + \frac{\alpha}{\beta-1} を求めます。
α1=3521=3522=152\alpha - 1 = \frac{3-\sqrt{5}}{2} - 1 = \frac{3-\sqrt{5}-2}{2} = \frac{1-\sqrt{5}}{2}
β1=3+521=3+522=1+52\beta - 1 = \frac{3+\sqrt{5}}{2} - 1 = \frac{3+\sqrt{5}-2}{2} = \frac{1+\sqrt{5}}{2}
βα1=3+52152=3+515=(3+5)(1+5)(15)(1+5)=3+35+5+515=8+454=25\frac{\beta}{\alpha-1} = \frac{\frac{3+\sqrt{5}}{2}}{\frac{1-\sqrt{5}}{2}} = \frac{3+\sqrt{5}}{1-\sqrt{5}} = \frac{(3+\sqrt{5})(1+\sqrt{5})}{(1-\sqrt{5})(1+\sqrt{5})} = \frac{3 + 3\sqrt{5} + \sqrt{5} + 5}{1-5} = \frac{8 + 4\sqrt{5}}{-4} = -2 - \sqrt{5}
αβ1=3521+52=351+5=(35)(15)(1+5)(15)=3355+515=8454=2+5\frac{\alpha}{\beta-1} = \frac{\frac{3-\sqrt{5}}{2}}{\frac{1+\sqrt{5}}{2}} = \frac{3-\sqrt{5}}{1+\sqrt{5}} = \frac{(3-\sqrt{5})(1-\sqrt{5})}{(1+\sqrt{5})(1-\sqrt{5})} = \frac{3 - 3\sqrt{5} - \sqrt{5} + 5}{1-5} = \frac{8 - 4\sqrt{5}}{-4} = -2 + \sqrt{5}
βα1+αβ1=25+(2+5)=4\frac{\beta}{\alpha-1} + \frac{\alpha}{\beta-1} = -2 - \sqrt{5} + (-2 + \sqrt{5}) = -4
(3) α+β\sqrt{\alpha} + \sqrt{\beta} を求めます。
α=352=6254=525+14=(51)24\alpha = \frac{3-\sqrt{5}}{2} = \frac{6-2\sqrt{5}}{4} = \frac{5 - 2\sqrt{5} + 1}{4} = \frac{(\sqrt{5}-1)^2}{4}
β=3+52=6+254=5+25+14=(5+1)24\beta = \frac{3+\sqrt{5}}{2} = \frac{6+2\sqrt{5}}{4} = \frac{5 + 2\sqrt{5} + 1}{4} = \frac{(\sqrt{5}+1)^2}{4}
α=(51)24=512\sqrt{\alpha} = \sqrt{\frac{(\sqrt{5}-1)^2}{4}} = \frac{\sqrt{5}-1}{2}
β=(5+1)24=5+12\sqrt{\beta} = \sqrt{\frac{(\sqrt{5}+1)^2}{4}} = \frac{\sqrt{5}+1}{2}
α+β=512+5+12=51+5+12=252=5\sqrt{\alpha} + \sqrt{\beta} = \frac{\sqrt{5}-1}{2} + \frac{\sqrt{5}+1}{2} = \frac{\sqrt{5}-1+\sqrt{5}+1}{2} = \frac{2\sqrt{5}}{2} = \sqrt{5}

3. 最終的な答え

(1) 7
(2) -4
(3) 5\sqrt{5}

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